隨著空調(diào)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種先進(jìn)的中央空調(diào)系統(tǒng)開始出現(xiàn)，尤其是近幾年來，國際合作的深入，地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)開始出現(xiàn)在我國。和普通的中央空調(diào)不同，地源熱泵利用地?zé)豳Y源為冷熱源，在滿足制冷制熱外之外，還能提供生活熱水，更加靈活、舒適、節(jié)能。作為安裝監(jiān)理工程師，在地源熱泵這種技術(shù)產(chǎn)生、發(fā)展、安裝、使用的過程中，首先監(jiān)理該系統(tǒng)安裝并對其安裝質(zhì)量進(jìn)行技術(shù)評價，如果不隨著時代的進(jìn)步不斷深化學(xué)習(xí)研究，不對地源熱泵這種空調(diào)系統(tǒng)有一定的了解掌握，單憑以往在學(xué)校了解的空調(diào)知識，不可能對該類安裝工程很好的進(jìn)行監(jiān)督、管理。
1、地源熱泵與其他熱泵機(jī)組的區(qū)別熱泵機(jī)組裝置主要有：壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器和膨脹閥四部分組成，通過讓液態(tài)工質(zhì)（制冷劑或冷媒）不斷完成：蒸發(fā)→壓縮→冷凝（放出熱量）→節(jié)流→再蒸發(fā)的熱力循環(huán)過程，從而將環(huán)境里的熱量轉(zhuǎn)移到水中。熱泵是需要冷凝器的熱量，蒸發(fā)器則從環(huán)境中吸熱，此時從環(huán)境取熱的對象稱為熱源；相反制冷是需要蒸發(fā)器的冷量，冷凝器則向環(huán)境排熱，此時向環(huán)境排熱的對象稱為冷源。
蒸發(fā)器冷凝器根據(jù)循環(huán)工質(zhì)與環(huán)境換熱介質(zhì)的不同，主要分為空氣換熱和水換熱兩種形式。 熱泵根據(jù)與環(huán)境換熱介質(zhì)的不同，可分為：水—水式，水—空氣式，空氣—水式，和空氣—空氣式共四類。 利用空氣作冷熱源的熱泵，稱之為空氣源熱泵。 利用水或地?zé)嶙骼錈嵩吹臒岜?，稱之為地源熱泵。
2、地源熱泵的工作原理
制冷原理 在制冷狀態(tài)下，地源熱泵機(jī)組內(nèi)的壓縮機(jī)對冷媒做功，使其進(jìn)行汽-液轉(zhuǎn)化的循環(huán)。通過冷媒/空氣熱交換器內(nèi)冷媒的蒸發(fā)將室內(nèi)空氣循環(huán)所攜帶的熱量吸收至冷媒中，在冷媒循環(huán)的同時再通過冷媒/水熱交換器內(nèi)冷媒的冷凝，由水路循環(huán)將冷媒所攜帶的熱量吸收，最終由水路循環(huán)轉(zhuǎn)移至地下水或土壤里。在室內(nèi)熱量不斷轉(zhuǎn)移至地下的過程中，通過冷媒-空氣熱交換器，以13℃以下的冷風(fēng)的形式為房供冷。
制熱原理 在制熱狀態(tài)下，地源熱泵機(jī)組內(nèi)的壓縮機(jī)對冷媒做功，并通過四通閥將冷媒流動方向換向。由地下的水路循環(huán)吸收地下水或土壤里的熱量，通過冷媒/水熱交換器內(nèi)冷媒的蒸發(fā)，將水路循環(huán)中的熱量吸收至冷媒中，在冷媒循環(huán)的同時再通過冷媒/空氣熱交換器內(nèi)冷媒的冷凝，由空氣循環(huán)將冷媒所攜帶的熱量吸收。地源熱泵將地下的熱量不斷轉(zhuǎn)移至室內(nèi)的過程中，以35℃以上熱風(fēng)的形式向室內(nèi)供暖。
由上述地源熱泵的制冷原理、制熱原理說明可以看出，地源熱泵的工作原理在整個空調(diào)系統(tǒng)的大循環(huán)（制冷、制熱）系統(tǒng)中與風(fēng)冷熱泵、水冷熱泵并無太大區(qū)別，所區(qū)別的只是在熱泵機(jī)組的冷熱源不同，冷凝器的所產(chǎn)生的熱量（冷量）與室外環(huán)境的換熱方式不同。地源熱泵是利用水與地能（地下水、土壤或地表水）進(jìn)行冷熱交換來作為地源熱泵的冷熱源，冬季把地能中的熱量“取”出來，供給室內(nèi)采暖，此時地能為“熱源”；夏季把室內(nèi)熱量取出來，釋放到地下水、土壤或地表水中，此時地能為“冷源”。所以，作為專業(yè)設(shè)備監(jiān)理工程師，在對這類空調(diào)系統(tǒng)施工的監(jiān)理過程中，如果對熱泵機(jī)組設(shè)備與室內(nèi)管道、風(fēng)機(jī)盤管等空調(diào)系統(tǒng)安裝比較熟悉的情況下，只需掌握室外冷熱源換熱系統(tǒng)的設(shè)備管道安裝，重視其施工工藝、評價施工質(zhì)量是否達(dá)到設(shè)計、規(guī)范要求，就能判斷整個地源熱泵系統(tǒng)是否施工到位，能否滿足設(shè)計使用要求，由此來判斷整個空調(diào)系統(tǒng)的施工質(zhì)量是否能驗收合格。
3、地源熱泵換熱器的安裝方式
土壤源熱泵以大地作為熱源和熱匯，熱泵的換熱器埋于地下，與大地進(jìn)行冷熱交換。土壤源熱泵系統(tǒng)主機(jī)通常采用水—水或熱泵機(jī)組或水—氣熱泵機(jī)組。根據(jù)地下熱交換器的布置形式，主要分為垂直埋管、水平埋管和蛇行埋管三類。垂直埋管換熱器通常采用的是U型方式，按其埋管深度可分為淺層（100m）三種。
水源/地源熱泵有開式和閉式兩種。開式系統(tǒng)：是直接利用水源進(jìn)行熱量傳遞的熱泵系統(tǒng)。該系統(tǒng)需配備防砂堵，防結(jié)垢、水質(zhì)凈化等裝置。閉式系統(tǒng)：是在深埋于地下的封閉塑料管內(nèi)，注入防凍液，通過換熱器與水或土壤交換能量的封閉系統(tǒng)。閉式系統(tǒng)不受地下水位、水質(zhì)等因素影響，所以使用比較廣泛。
1、垂直埋管--深層土壤 垂直埋管可獲取地下深層土壤的熱量。垂直埋管通常安裝在地下50-150米深處，一組或多組管與熱泵機(jī)組相連，封閉的塑料管內(nèi)的防凍液將熱能傳送給熱泵，然后由熱泵轉(zhuǎn)化為建筑物所需的暖氣和熱水。
2、水平埋管--大地表層 在地下2米深處水平放置塑料管，塑料管內(nèi)注滿防凍的液體，并與熱泵相連。水平埋管占地面積大，土方開挖量大，而且地下?lián)Q熱器受地表氣候變化的影響。
3、地表水 江、河、湖、海的水以及深井水統(tǒng)稱地表水。地源熱泵可以從地表水中提取熱量或冷量，達(dá)到制熱或制冷的目的。利用地表水的熱泵系統(tǒng)造價低，運(yùn)行效率高，但受地理位置（如江河湖海）和國家政策（如取深井水）的限制。
地源熱泵換熱器安裝監(jiān)理應(yīng)重視的幾項內(nèi)容
在現(xiàn)在大多數(shù)的工程設(shè)計中，換熱管道一般都是采用閉式系統(tǒng)，垂直埋管與水平埋管結(jié)合，再連接至熱泵機(jī)組進(jìn)行換熱。因此，空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效果在一定程度上主要取決于熱泵換熱器管道與大地的換熱質(zhì)量。而換熱管道與大地的換熱效果取決于管道的傳熱性能、管道的長度和管徑、管道內(nèi)水流的流量和流速以及換熱管與環(huán)境的換熱接觸效果。1、在施工過程中，換熱管道的傳熱性能控制在于控制管道的質(zhì)量。這方面我們可以采用常規(guī)的驗收手段，比如檢查管道的外觀、性能檢測報告、厚度等等是否符合設(shè)計、規(guī)范要求。一般現(xiàn)在大多數(shù)采用專用的地源熱泵管道，這在質(zhì)量驗收上有一定的保證，只需核查相關(guān)合格證、檢測報告，并參照報告上的檢測數(shù)據(jù)和通用驗收規(guī)范進(jìn)行抽查，也可隨機(jī)抽取一定數(shù)量的管道送有資質(zhì)的檢測機(jī)構(gòu)進(jìn)行相關(guān)復(fù)試，如在管道的相關(guān)驗收內(nèi)容均合格，則可以判斷該管道能滿足地源熱泵換熱埋地管的使用要求。
2、換熱管道的長度和管徑驗收參照依據(jù)主要是設(shè)計，但必須針對實際情況驗收管道的實際使用長度。在垂直埋管驗收中由于施工完畢不能測量，則在管道放入前應(yīng)檢查其管道長度是否符合設(shè)計要求。需重視的是在管道埋入前，應(yīng)明確垂直管道的實際施工長度。垂直管道在埋入地下時，會預(yù)留一部分在地坪表面，以備將來與水平管道連接時作為標(biāo)記，且在水平管道施工時由于水平管道的埋深，也會在連接時剪斷垂直管道以利于與水平管道連接。這在控制垂直管道深度時就要考慮管道的實際使用長度。例如：假設(shè)室外垂直管道施工時室外原始地坪低于項目完工地坪0.5米，在原始地坪上打井進(jìn)行垂直管道施工。設(shè)計要求井深80米，水平管道埋深2米，打井施工中預(yù)留在地坪1.5米，則要求在打井使用的垂直管道長度為：80+2+1.5-0.5=83米。這在工程開始施工前就應(yīng)先計算好并控制好管道的長度，同時計算好井深80+2-0.5=81.5米。一般垂直換熱管在出廠前每一根都分開包裝，并在包裝上標(biāo)記型號、品牌、規(guī)格及相關(guān)資料，在上述的計算依據(jù)下對垂直換熱管進(jìn)行抽查，防止設(shè)計要求80米垂直管而施工進(jìn)貨80米，導(dǎo)致后期換熱管長度與設(shè)計嚴(yán)重不足，導(dǎo)致整個系統(tǒng)達(dá)不到設(shè)計要求。在水平管道的長度控制上主要在井位放線的位置，井位放線確定位置后，則水平管的長度基本也能控制到位。
3、換熱管道的水流速度和流量主要取決于按照設(shè)計施工，當(dāng)然，換熱管道的施工質(zhì)量也在一定程度上對其有較大影響。在按設(shè)計管徑埋管、配泵的同時，有兩點(diǎn)值得注意的管道施工質(zhì)量問題：在管道的連接方面，由于大多數(shù)采用PE管道熱熔連接，在熱熔接頭上，施工人員的技術(shù)水平?jīng)Q定了熱熔接頭的質(zhì)量。在“U”型接頭、“T”型接頭的驗收可以直接檢查施工準(zhǔn)備時預(yù)先做好的配件熱熔接頭，往往熱熔不好的接頭可能導(dǎo)致管道大截面堵塞，從而導(dǎo)致管道水流不暢或部分水井達(dá)不到使用要求甚至不工作，以影響整個系統(tǒng)的使用效果。在直管連接的熱熔接頭檢查上，由于管路過長，一般可以采用破壞性檢查，將接頭處斷開，檢查熱熔管熔渣是否堵塞管道。垂直管道要求與系統(tǒng)管道分開試壓，如果管道有滲漏，則直接影響系統(tǒng)正常工作。垂直管道與水平管道由于施工的間歇時間較長，且垂直管道漏水后基本不能修補(bǔ)，這要求垂直管道在入井前先進(jìn)行壓力試驗。值得注意的是由于垂直管道井深較長，在進(jìn)行垂直管道的壓力試驗時應(yīng)考慮水系統(tǒng)的設(shè)計工作試驗壓力和垂直管道由于重力勢能產(chǎn)生的壓力相結(jié)合，特別是井底末端“U”型接頭的承壓能力處于整個系統(tǒng)承壓最大部位，如設(shè)計系統(tǒng)試驗壓力1.0MP，而垂直管長100米，約產(chǎn)生1.0MP的重力勢能壓力，則垂直管道在入井前的試驗壓力則不得低于2.0MP。
4、換熱管道與環(huán)境的接觸效果取決于管道周圍的填充，同時，管道周圍的填充也決定了整個換熱管道的使用壽命。由于地下層地質(zhì)情況的不確定性，需嚴(yán)格按設(shè)計要求進(jìn)行井部垂直管道的井道填充，這在換熱效率和管道保護(hù)上有重要意義，由于垂直換熱管道的不可維修的特性，在一定程度上決定了垂直管道的使用壽命從而決定了整個系統(tǒng)的使用效果和使用壽命。而作為水平換熱管的保護(hù)也同樣道理，在后期施工中，由于工序、工種、機(jī)械較多，施工復(fù)雜，而換熱管道一般為專用PE管，抗壓、抗損能力較差，需對其進(jìn)行嚴(yán)格保護(hù)，按設(shè)計要求對管溝進(jìn)行填充和管道保護(hù)，防止后期施工破壞產(chǎn)生大面積維修，從而影響系統(tǒng)使用。
當(dāng)然，在換熱管道施工階段，嚴(yán)格按設(shè)計施工應(yīng)作為監(jiān)理驗收評定的重要依據(jù)。閥門、檢查井的設(shè)置與施工也應(yīng)重視，其在一定程度上對后期的維修、定期檢查有相當(dāng)重要的作用。同時，在地源熱泵機(jī)房施工時有別于其他空調(diào)機(jī)房安裝，以下幾方面也值得重視：1、換熱管道的進(jìn)出機(jī)房的施工；2、主機(jī)進(jìn)入機(jī)房的流程安排和吊裝洞口的設(shè)置；3、機(jī)房的內(nèi)部除濕與散熱；4、機(jī)房電源主柜與主機(jī)控制柜的位置設(shè)置；5、機(jī)房排水問題......
結(jié)束語
總體來說，所有地源熱泵系統(tǒng)都有著突出的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益顯著、一機(jī)多用，應(yīng)用廣泛、自動運(yùn)行、無環(huán)境污染、維護(hù)費(fèi)用低、使用壽命長、節(jié)省空間，在建筑供熱空調(diào)中采用熱泵技術(shù)可以有效地提高一次能源利用率，減少溫室效應(yīng)氣體CO2和其它燃燒產(chǎn)生的污染物的排放，是一種可持續(xù)發(fā)展的建筑節(jié)能新技術(shù)，現(xiàn)在在許多工程上已采用。作為設(shè)備安裝監(jiān)理工程師，在該類技術(shù)設(shè)備投入使用前首先涉及，嚴(yán)格把關(guān)該系統(tǒng)的施工質(zhì)量、確保系統(tǒng)按設(shè)計效果運(yùn)行有重要的作用。作為現(xiàn)在的安裝監(jiān)理工程師，在專業(yè)系統(tǒng)學(xué)習(xí)時可能基本在十年前，雖然沒有完全的參照技術(shù)課本和驗收規(guī)范，但整個系統(tǒng)的運(yùn)行原理完全與其他熱泵空調(diào)一致，只是在與室外換熱上有所區(qū)別。只需把握好室外換熱系統(tǒng)的施工質(zhì)量，按規(guī)范對室內(nèi)部分進(jìn)行檢查、驗收，基本對地源熱泵系統(tǒng)監(jiān)理沒有什么太大難度。